Eine Zeit vor der Erfindung des Rades ist kaum vorstellbar, und dennoch ist es vielen Zivilisationen nicht gelungen, darauf zu kommen.
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Kupferbergarbeiter im Südosten Europas im Jahr 3900 v. Chr. Tag für Tag transportieren Sie Kupfererz durch die glühend heißen Stollen der Mine.
Sie haben sich mit der zermürbenden Monotonie des Bergarbeiterlebens abgefunden. Dann werden Sie eines Nachmittags Zeuge, wie ein Arbeitskollege etwas Außergewöhnliches vollbringt.
Mit einem seltsam aussehenden Gerät transportiert er auf einer einzigen Fahrt das Dreifache seines Körpergewichts. Als er zur Mine zurückkehrt, um eine weitere Ladung zu holen, dämmert es Ihnen plötzlich, dass Ihr gewählter Beruf bald weitaus weniger anstrengend und wesentlich lukrativer sein wird.
Was Sie nicht ahnen: Sie werden Zeuge von etwas, das den Lauf der Geschichte verändern wird – nicht nur für Ihre kleine Bergarbeitergemeinde, sondern für die gesamte Menschheit.
Trotz der unermesslichen Wirkung des Rades weiß niemand genau, wer es erfunden hat oder wann und wo es erstmals konzipiert wurde. Das oben beschriebene hypothetische Szenario basiert auf einer Theorie aus dem Jahr 2015, wonach Bergleute in den Karpaten – im heutigen Ungarn – das Rad vor fast 6.000 Jahren zum Transport von Kupfererz erfanden.
Diese Theorie wird durch die Entdeckung von mehr als 150 Miniaturwagen durch Archäologen in der Region gestützt. Diese winzigen, vierrädrigen Modelle wurden aus Ton gefertigt und mit einem Flechtmuster verziert, das an die Korbflechterei der damaligen Bergleute erinnert. Eine spätere Radiokarbondatierung ergab, dass diese Wagen die frühesten bekannten Darstellungen von Transportmitteln auf Rädern sind.
Diese Theorie wirft auch eine Frage auf, die mich als Luft- und Raumfahrtingenieur, der sich mit Konstruktionswissenschaften beschäftigt, besonders interessiert: Wie konnte eine unbekannte, wissenschaftlich naive Bergarbeitergesellschaft das Rad entdecken, während hochentwickelte Zivilisationen wie die alten Ägypter dies nicht taten?
Eine kontroverse Idee
Lange Zeit ging man davon aus, dass sich Räder aus einfachen Holzrollen entwickelten. Doch bis vor Kurzem konnte niemand erklären, wie oder warum diese Transformation stattfand. Darüber hinaus äußerten einige Forscher ab den 1960er Jahren starke Zweifel an der Rollentheorie.
Denn um Rollen nutzen zu können, benötigen sie ebenen, festen Untergrund und einen Weg ohne Steigungen und scharfe Kurven. Sobald der Wagen sie passiert hat, müssen gebrauchte Rollen zudem ständig nach vorne gebracht werden, um die Ladung in Bewegung zu halten. Aus all diesen Gründen wurden Rollen in der Antike nur sparsam eingesetzt. Skeptiker argumentierten, Rollen seien zu selten und zu unpraktisch gewesen, um als Ausgangspunkt für die Entwicklung des Rades zu dienen.
Doch eine Mine – mit ihren geschlossenen, von Menschenhand geschaffenen Gängen – hätte günstige Bedingungen für Rollen geboten. Dieser und andere Faktoren veranlassten mein Team, die Rollenhypothese zu überdenken.
Ein Wendepunkt
Der Übergang von Rollen zu Rädern erforderte zwei wesentliche Neuerungen. Die erste ist eine Modifikation des Wagens, der die Ladung transportiert. Der Wagenboden muss mit halbrunden Sockeln ausgestattet sein, die die Rollen an ihrem Platz halten. So werden die Rollen beim Ziehen des Wagens mitgezogen.
Diese Neuerung könnte durch die beengten Verhältnisse im Bergwerk motiviert gewesen sein, wo das regelmäßige Zurücktragen gebrauchter Rollen zur Vorderseite des Wagens besonders mühsam gewesen wäre.
Die Entdeckung der Rollen mit Tüllen markierte einen Wendepunkt in der Entwicklung des Rades und ebnete den Weg für die zweite und wichtigste Innovation. Dieser nächste Schritt beinhaltete eine Veränderung der Rollen selbst. Um zu verstehen, wie und warum diese Veränderung stattfand, wandten wir uns der Physik und dem computergestützten Engineering zu.
Simulation der Radentwicklung
Zu Beginn unserer Untersuchung erstellten wir ein Computerprogramm, das die Entwicklung von der Rolle zum Rad simulierte. Unsere Hypothese war, dass dieser Wandel durch ein Phänomen namens „mechanischer Vorteil“ getrieben wurde. Nach demselben Prinzip können Zangen die Griffkraft des Benutzers durch zusätzliche Hebelwirkung verstärken. Ähnlich verhielt es sich, wenn wir die Form der Rolle so verändern könnten, dass ein mechanischer Vorteil entsteht. Dies würde die Schubkraft des Benutzers verstärken und das Vorwärtsbewegen des Wagens erleichtern.
Unser Algorithmus modellierte Hunderte möglicher Rollenformen und bewertete deren Leistung – sowohl hinsichtlich des mechanischen Vorteils als auch der strukturellen Festigkeit. Letztere diente dazu, festzustellen, ob eine bestimmte Rolle unter dem Gewicht der Ladung brechen würde. Wie erwartet, entschied sich der Algorithmus schließlich für die bekannte Rad-Achs-Form, die er als optimal erachtete.
Bei der Ausführung des Algorithmus schnitt jedes neue Design etwas besser ab als sein Vorgänger. Wir glauben, dass ein ähnlicher Evolutionsprozess vor 6.000 Jahren bei den Bergleuten ablief.
Es ist unklar, was die Bergleute ursprünglich dazu veranlasste, alternative Walzenformen zu erforschen. Eine Möglichkeit ist, dass die Reibung an der Schnittstelle zwischen Walze und Sockel das umgebende Holz abnutzte und die Walze an der Kontaktstelle leicht verjüngte. Eine andere Theorie besagt, dass die Bergleute begannen, die Walzen dünner zu machen, damit ihre Karren über kleine Hindernisse im Boden fahren konnten.
So oder so, dank des mechanischen Vorteils erleichterte diese Verjüngung des Achsbereichs das Schieben der Karren. Im Laufe der Zeit wurden leistungsstärkere Designs immer wieder den Vorzug gegeben, und neue Walzen wurden entwickelt, um diese Leistungsträger nachzuahmen.
Infolgedessen wurden die Walzen immer schmaler, bis nur noch ein schlanker Stab übrig blieb, der an beiden Enden von großen Scheiben gekrönt wurde. Diese rudimentäre Struktur markiert die Geburt dessen, was wir heute als „Rad“ bezeichnen.
Unserer Theorie zufolge gibt es keinen genauen Zeitpunkt für die Erfindung des Rades. Vielmehr entwickelte sich das Rad, genau wie die Evolution der Arten, allmählich aus einer Ansammlung kleiner Verbesserungen.
Dies ist nur eines der vielen Kapitel in der langen und anhaltenden Entwicklung des Rades. Mehr als 5.000 Jahre nach den Beiträgen der Bergleute in den Karpaten erfand ein Pariser Fahrradmechaniker Radialkugellager, die den Radverkehr erneut revolutionierten.
Ironischerweise sind Kugellager konzeptionell identisch mit Rollen, dem evolutionären Vorläufer des Rades. Kugellager bilden einen Ring um die Achse und schaffen so eine rollende Schnittstelle zwischen Achse und Radnabe, wodurch Reibung vermieden wird. Mit dieser Innovation schloss sich der Kreis der Radentwicklung.
Dieses Beispiel zeigt auch, wie die Entwicklung des Rades, ähnlich wie seine ikonische Form, einen verschlungenen Weg beschreibt – einen ohne klaren Anfang, ohne Ende und mit unzähligen leisen Umdrehungen auf dem Weg.
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